新型PDMS滲透蒸發(fā)膜的制備與分離特性研究.pdf

1、滲透蒸發(fā)作為新型的液體混合物分離技術(shù)，在脫除水中少量揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)方面具有突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和良好的應(yīng)用前景。提高滲透蒸發(fā)過(guò)程分離效率的關(guān)鍵是制備出同時(shí)具有高選擇性和高滲透通量的滲透蒸發(fā)膜。為此，有必要對(duì)滲透蒸發(fā)過(guò)程的傳質(zhì)機(jī)理進(jìn)行深入的研究，對(duì)膜材料的化學(xué)、物理結(jié)構(gòu)特性與其滲透蒸發(fā)分離性能間的內(nèi)在聯(lián)系開(kāi)展針對(duì)性的分析，對(duì)膜材料的選擇與改進(jìn)建立較為系統(tǒng)的理論。 本研究分別以杯[4]芳烴(Calix[4]arene，CA)、杯

2、[4]芳烴衍生物(Calix[4]arenederivate，CAD)和碳納米管(CarbonNanotube，CNT)為填充劑制備了一系列PDMS填充膜，并研究了填充劑類(lèi)型、填充量對(duì)滲透蒸發(fā)膜脫除水中微量苯的分離性能的影響。其中CA和CAD的填充均能顯著提高PDMS膜的分離因子，而CNT的填充則沒(méi)有起到提高膜分離因子的效果。當(dāng)在PDMS中填入3wt％的CA時(shí)，PDMS膜的分離因子由3275提高到5604，苯通量則略有下降。 采

3、用紅外光譜、微分掃描量熱(DSC)、接觸角實(shí)驗(yàn)、溶脹實(shí)驗(yàn)、X射線衍射實(shí)驗(yàn)(XRD)、動(dòng)態(tài)機(jī)械分析實(shí)驗(yàn)(DMA)、正電子湮沒(méi)實(shí)驗(yàn)(PALS)、偏光顯微鏡(PM)、掃描電子顯微鏡(SEM)等多種表征手段對(duì)膜材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)和物理化學(xué)參數(shù)進(jìn)行了研究。分析了填充膜的材料特性與其分離性能之間的聯(lián)系，結(jié)果表明，填充膜的苯通量與結(jié)晶度成反比，與溶脹度成正比。建立了填充劑為結(jié)晶態(tài)的填充膜的苯通量與其結(jié)晶度、溶脹度之間的數(shù)學(xué)模型。 利用填充和復(fù)合兩

4、種技術(shù)的結(jié)合，制備了填充型PDMS復(fù)合膜，將PDMS參比膜的分離因子從3275提高到5702，將苯通量從129g/(m2·h)提高到407g/(m2·h)，實(shí)現(xiàn)了膜對(duì)苯的選擇性和滲透通量的同時(shí)提高。 考察了滲透蒸發(fā)過(guò)程操作條件對(duì)膜分離性能的影響。苯通量、水通量與溫度的關(guān)系均符合Arrhenius方程，隨溫度的增加而單調(diào)增加，而分離因子則隨溫度的增加單調(diào)而減小。苯通量隨料液中苯濃度的增加而線性增加，隨透過(guò)側(cè)壓力的增加而線性減小。利